Les fleurs dépendent d’une protéine nouvellement identifiée pour se développer correctement avec tous leurs organes, selon l’équipe de recherche qui a fait la découverte. L’équipe, dirigée par des biologistes de Penn State, a identifié la protéine dans l’espèce végétale modèle Arabidopsis et a déclaré que son mécanisme est probablement partagé entre les espèces végétales.
Ils ont découvert que la protéine contribue à garantir que les ARN (molécules qui transfèrent les informations stockées dans l’ADN pour produire des protéines) dans les fleurs sont correctement traités. Pour ce faire, il empêche même les plus petits composants du code ARN de se perdre accidentellement avant de pouvoir être utilisés pour fabriquer les protéines correspondantes. Certaines de ces protéines sont, à leur tour, nécessaires à la formation normale de tous les organes floraux, y compris les pétales et les étamines.
Les chercheurs ont démontré que la protéine, nécessaire au bon développement des fleurs, est impliquée dans le traitement des ARN de milliers de gènes et aide probablement la plante à réagir à l’environnement.
UN papier décrivant la recherche parue dans la revue Plantes naturelles.
« La protéine que nous avons identifiée chez Arabidopsis, appelée GRP20, permet de garantir que des milliers de gènes sont correctement épissés et que même les plus petits exons ne sont pas manqués dans ce processus d’épissage pour les ARN régulateurs floraux cruciaux », a déclaré Hong Ma, titulaire de la chaire Huck en phytothérapie. Développement et évolution de la reproduction et professeur de biologie au Eberly College of Science de Penn State, qui a dirigé l’équipe de recherche.
L’ARN peut avoir sa propre fonction ou porter le code génétique utilisé pour générer des protéines. Cependant, pour la plupart des gènes, la totalité de la séquence contenue dans l’ARN n’est pas utilisée pour coder des protéines. Ces molécules d’ARN doivent d’abord être traitées, une étape appelée épissage, coupant les bits non codants et réunissant les parties codantes, appelées exons.
L’épissage est effectué par le spliceosome – une machinerie moléculaire contenant plusieurs protéines et molécules d’ARN – et est en outre régulé par d’autres protéines de facteurs d’épissage. La longueur moyenne d’un exon dans les plantes est de 180 nucléotides, les unités A, T, C, G qui composent l’ADN.
Ces exons contiennent généralement des séquences spécifiques de nucléotides reconnues par la machinerie d’épissage, mais les microexons comprenant 50 nucléotides ou moins manquent souvent de ces séquences.
« On sait relativement peu de choses sur les mécanismes qui contrôlent le processus d’épissage d’ensembles spécifiques d’ARN au-delà du processus général par le spliceosome, en particulier pour ceux comportant des micro-exons », a déclaré Ma. « Les exons courts, en raison de leur longueur, peuvent manquer de séquences particulières qui guident la reconnaissance appropriée des exons par la machine d’épissage. »
En plus du spliceosome et des facteurs d’épissage connus, les chercheurs ont prédit l’existence de protéines spécialisées supplémentaires pour garantir que les exons courts ne soient pas manqués dans le processus d’épissage.
« GRP20 se lie à l’ARN et interagit avec le spliceosome », a déclaré Ma. « Nous avons perturbé expérimentalement le gène codant pour cette protéine dans la plante et avons découvert que plus de 2 000 gènes n’étaient pas correctement épissés au cours du développement de la plante. Nous avons spécifiquement constaté que les micro-exons manquaient dans les gènes connus pour être importants pour la formation des organes floraux et la réponse aux changements environnementaux. «
Les chercheurs ont identifié quelle partie de la protéine GRP20 se lie aux molécules d’ARN et quelle partie interagit avec le spliceosome. Ils ont ensuite créé des versions de la protéine GRP20 dépourvues soit de la capacité de liaison à l’ARN, soit de la capacité d’interagir avec le spliceosome.
« Dans les deux cas, les plantes ne se sont pas développées correctement en raison de l’absence de micro-exons dans les ARN codant pour des protéines importantes dans le développement des fleurs », a expliqué Ma. « Cela suggère que la liaison de l’ARN et l’interaction avec le spliceosome sont nécessaires au bon fonctionnement de la protéine et garantissent l’inclusion appropriée des micro-exons dans les ARN pour la formation normale des fleurs. »
Les chercheurs ont en outre montré qu’ils pouvaient sauver le développement des fleurs en introduisant des protéines contenant toutes les portions codées par les micro-exons, ou en introduisant une version du gène GRP20 provenant d’une autre espèce végétale proche du chou et du canola.
« La découverte que GRP20 est un régulateur crucial pour l’épissage de l’ARN nous permettra d’explorer davantage sa fonction dans la régulation d’autres processus moléculaires, développementaux et physiologiques des plantes », a déclaré Ma. « De plus, comme la protéine GRP20 et de nombreux gènes qu’elle aide à épisser correctement sont conservés dans toutes les espèces végétales, nous pensons que son rôle est également conservé et prévoyons d’explorer sa fonction, et éventuellement celle d’autres protéines similaires, dans d’autres espèces. « .
En plus de Ma, l’équipe de recherche comprend Jun Wang, Xinwei Ma, Yi Hu, Guanhua Feng et Xin Zhang de Penn State ; et Chunce Guo de l’Université agricole du Jiangxi en Chine. Le Penn State Eberly College of Science et les Penn State Huck Institutes of the Life Sciences ont soutenu cette recherche.
Plus d’information:
Jun Wang et al, Régulation de la rétention des micro et petits exons et autres processus d’épissage par GRP20 pour le développement des fleurs, Plantes naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41477-023-01605-8
GRP20 régule la rétention des micro-exons via une interaction avec le spliceosome lors du développement de la fleur, Plantes naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41477-023-01606-7